结构力学问题的计算机求解SAP2000基础..docx

第十五章 结构力学问题的计算机求解§ 1 Sap2000软件简介一、SAP2000简介SAP2000程序是由Edwards Wilson创始的SAP(Structure Analysis Program)系列程序发展而来的，至今已经有许多版本面世。SAP2000(SAP90的替代品)是这些新一代程序中必威体育精装版也是最成熟的产品。集成化的通用结构分析与设计软件自从三十年前SAP诞生以来，它已经成为必威体育精装版分析方法的代名词。SAP2000是通用的结构分析设计软件，具有极强的功能，如建模功能(二维模型、三维模型等)、编辑功能(增加模型、增减单元、复制删除等)、分析功能(时程分析、动力反应分析、push-over分析等)、荷载功能(节点荷载、杆件荷载、板荷载、温度荷载等)、自定义功能、以及设计功能等等。SAP2000计算分析包括以下内容： 静力（线性和非线性）分析； 动力地震分析和Pushover分析； 移动荷载作用下的分析（影响线绘制﹑最不利荷载位置确定及最大值的计算）；桥梁车辆活荷载分析； 几何非线性，包括P-Delta和大变形效应； 阶段（增量）施工； 徐变﹑收缩和老化效应； 弹性屈曲分析； 稳态和功能谱密度分析； 基础隔震与减震分析。 SAP2000适用范围很广，主要适用于模型比较复杂的结构，如桥梁，体育场，大坝，海洋平台，工业建筑，发电站，输电塔，网架等结构形式，当然高层等民用建筑也能很方便的用SAP建模、分析和设计。 SAP2000 中文版是由北京金土木软件技术有限公司、中国建筑标准设计研究院与美国Computers and Structures， Inc（CSI）公司共同研制开发的通用结构分析与设计软件，它是一个有完整功能的程序，可用于最简单和最复杂的项目。SAP2000引入中国后，添加了中国的建筑及桥梁设计规范，使得SAP2000更易于被中国工程界广泛应用，从而推动中国工程领域的发展。SAP2000中文版2004年11月正式发布，经过近10年的发展，SAP2000中文版的用户已经遍及全国各个省市及香港、台湾地区。 SAP2000中文版软件正在中国基础设施建设发挥着越来越重要的作用，SAP2000为各地的标志性建筑提供了强大的分析动力。二、SAP2000操作基本过程在SAP2000中模型的操作过程主要分为三大步骤，即建立模型、模型分析、模型设计。下面以一个流程图表示典型模型的基本过程。典型模型基本操作流程图§ 2 静定结构的内力图与变形曲线一、连续梁的内力图与变形曲线例【15-1】 试用SAP2000求解图15-1所示多跨连续梁的内力图与变形曲线。图 15-1第一步：运行SAP2000，进行初始化设置。图 15-2 运行SAP2000程序，打开程序界面，如图15-2所示。点击界面左上角工具条中【新建模型】按钮，或依次点击【文件】【新模型】，弹出新模型对话框，将单位制下拉列表的初始化单位制设置为“KN，m，C”，如图15-3所示。 图15-3 第二步：建立模型可按六跨、每跨2m的连续梁建立模型。选择梁模板，弹出梁对话框，填写跨数6，跨长2，截面属性默认即可，如图15-4所示。需要说明的是，用SAP2000求解结构力学问题时，静定结构的内力与杆件的刚度无关，超静定结构的内力只与结构的相对刚度有关，故截面属性可不定义而采用默认值即可。还需要注意的是，杆件的变形与杆件的绝对刚度有关，因此，杆件的变形值需要再乘上与刚度有关的量值，当然也可按照实际情况定义截面形状。有关超静定结构的求解问题详见下节内容。图 15-4 点击工具栏上设置显示选项按钮，弹出激活窗口选项对话框，如图15-5所示，勾选节点标签、框架/索/钢束标签，点击【确定】，会显示节点编号和单元编号。图 15-5 选择2、4、6三节点，点击【指定】【节点】【约束】，弹出节点约束对话框，如图15-6所示，点击按钮，去掉节点2、4、6处的支座。同样的步骤，设置节点1约束为固定端，如图15-7所示。图15-6 图15-7 选择杆件1、3、5，点击【指定】【框架】【释放/部分固定】，弹出指定框架释放对话框，释放杆件右端弯矩，如图15-8所示。同样的步骤，释放杆件2、4、6，杆件的左端弯矩，如图15-9所示。指定约束、释放约束时，需要注意杆件局部坐标系的方向。在SAP2000中，局部坐标系的规定如下：红色—1轴、白色—2轴、蓝色—3轴；1轴为轴向，从i点到j点；当杆件为水平时，2轴的方向与整体坐标系的z轴正向一致；而当杆件为竖直时，2轴方向与整体坐标系X轴正向一致，3轴为右手螺旋规则，依据1、2轴而定。再释放约束之前，也可以激活窗口选项对话框（图15-5）中勾选节点局部坐标轴在视图中显示杆件局部坐标，再根据坐标轴的颜色来判断坐标轴。图15-8